池塘养殖底污自动清理系统设计与应用

　　摘要：应用PLC可编程逻辑控制器联合自动控制技术，设计并构建一种适用于池塘养殖的具有底污定向沉降、定时吸污、排污与冲洗循环工作等功能的底污自动清理系统，以期能够为池塘养殖水质控制、增产增效提供一定的技术支持。对养殖池塘底部进行积污池硬化改造，配合变频水车式增氧机实现养殖池塘底污定向沉降。选用养殖池塘残饵及粪便自动抽取装置作为积污池底污自动抽取设备，实现养殖底污的高效抽离。使用安装有高密度滤网的高压板式压滤机作为养殖底污固液分离装置，从而实现底泥固化转移和尾水清洁回排。选用西门子S7-200作为系统智能控制器，实现自动设备的周期性定时控制，配合安全稳定的电气控制设备，实现系统硬件设备的自动控制。底污自动清理系统能够保证硬件设备协同工作、有效运转，在养殖试验中取得了优异的应用效果，有效实现了底污定向沉降。通过池塘养殖底污自动清理系统设计与应用，初步实现了池塘养殖底污的定向沉降、底污清理固化转移以及尾水清洁回排，能够有效应用于池塘养殖生产，并为实现池塘养殖自动化与信息化提供技术支持。

　　关键词：池塘养殖;底污;定向沉降;固液分离;自动控制系统

　　中图分类号： S969;TP273 文献标志码： A

　　文章编号：1002-1302(2022)02-0198-08

　　收稿日期：2021-04-14

　　基金项目：中国水产科学研究院淡水渔业研究中心基本科研业务费专项资金(编号：2019JBFM07);中央级公益性科研院所基本科研業务费专项基金(编号：2020TD37);现代农业产业技术体系专项“特色淡水鱼产业体系”(编号：CARS-46)

　　作者简介：马晓飞(1989—)，男，山东阳信人，硕士，助理研究员，主要从事渔业经济与信息技术应用研究。E-mail：maxf@ffrc.cn。

　　通信作者：袁永明，研究员，主要从事渔业经济与信息技术研究。E-mail：yuan@ffrc.cn。

　　池塘养殖底污主要是养殖过程中残余的饵料、养殖生物排泄物以及残骸在池塘内沉积而产生的污染物，当底污物质在养殖水体过量堆积和分解会抑制水体自净能力，进而导致水质恶化、养殖生物病害、翻塘等严重后果。相关研究表明，养殖池塘中总氮和总磷等污染物主要通过饵料投喂等方式输入，而大部分的氮磷物质最终会在养殖池塘底部沉积[1-3]。除残饵外，养殖生物的残骸及排泄物的绝大部分也会沉积在底泥中，当水体环境发生改变，底泥中的沉积物会分解释放污染物质，导致水质恶化。底污有机物质的不完全分解会释放大量对养殖生物有毒害作用的中间产物，如NH-3-N、NO-2-N、H2S等，会导致养殖生物出现更多的病害。依据相关试验，养殖池塘的底泥沉积物在一个养殖周期内的积累量最高可达1.85×105～1.99×105 kg/hm2，底泥厚度平均每年增加6～8 cm，其中精养池塘、高密度养殖塘以及有生活污水排入的池塘淤泥累积的速度更快。目前，养殖池塘底泥清理主要通过人工或机械清淤作业方式完成[4]，人工清淤费时费力且效率较低，而机械清淤成本较高且受池塘地形地貌、作业距离等条件影响较大，现有的机械清污方式只是简单地替代了最原始的人工清污过程，尚不能满足现代化渔业生产的实际需要。因此，开展池塘养殖底污自动清理技术的相关研究并设计开发一种能够有效控制水体污染物定向沉降、泥浆泵设备定时吸污并通过底污固液分离进而实现污泥压滤转移和尾水净化回排的池塘养殖底污自动清理系统，具有一定的必要性和迫切性。

　　基于上述原因，本研究设计与开发了适用于池塘养殖环境的底污自动清理系统：系统终端控制器选用西门子S7-200系列PLC[5]，实现自动设备的周期性定时控制，配合安全稳定的电气控制设备，实现系统硬件设备的自动控制;通过对养殖池塘底部进行积污池硬化改造，系统智能控制变频水车式增氧机实现养殖残饵、粪便等池塘底污向积污池定向沉降;系统定时控制养殖池塘残饵及粪便自动抽取装置作为积污池底污自动抽取设备，实现养殖底污的高效抽离;系统通过控制安装有高密度滤网的高压板式压滤机实现养殖底污固液分离，从而进一步实现底泥固化转移和尾水清洁回排。系统具有精准控制、运行可靠、可移植性高等特点，初步实现了池塘养殖底污的定向沉降、底污清理固化转移以及尾水清洁回排，能够有效应用于池塘养殖生产，并为实现池塘养殖自动化与信息化提供技术支持。

　　1 系统需求与总体设计

　　系统需求及设计以罗非鱼高密度池塘养殖为基础，罗非鱼高密度池塘养殖具有养殖密度高、饲料投喂量大等特点，结合试验观察，罗非鱼粪便排出初段具有膜性包被且漂浮于养殖水体[6-8]。罗非鱼高密度池塘养殖底污积累量较大且罗非鱼粪便的初段漂浮特性，适用于池塘养殖底污自动清理系统的有效应用。综合养殖实际需求，开展池塘养殖底污自动清理系统需求分析和总体设计，系统主要包括底污定向沉降控制模块、底污抽取控制模块、固液压滤分离控制模块、系统总控单元以及自动化养殖设备等软硬件功能模块组成。系统涉及自动化养殖设备主要包括变频水车式增氧机、养殖池塘残饵及粪便自动抽取装置(CN201610321045.8)[9]、高压板式压滤机[10]等，养殖设备供电及控制线路接入系统总控制配电箱;系统终端控制器选用西门子S7-200系列PLC(S7-200 CPU224 XP AC/DC/RELAY)，该类型PLC控制器标配有继电器输出10组、光电隔离型开关量输入14组、2路支持 ModBus-RTU 协议的RS-485通信口并内置万年历及实时时钟，满足系统控制输出、反馈信号输入及通信需求，终端控制器通过DTU模块同物联服务器进行通信和数据传输[11]。终端控制器作为养殖现场控制中心，能够有效协调系统软硬件设备协同工作，通过多设备控制与反馈输入协作保障底污定向沉降、底污抽取以及固液压滤分离等各项控制和监测反馈功能的实现。

　　系统运行时，用户通过现场配置终端将系统运行控制方案录入系统终端控制器;系统使用过程中，终端控制器通过控制变频水车式增氧机实现养殖残饵、粪便等池塘底污向积污池定向沉降，在沉降池废弃物累积量达到设定阈值或定时器达到设定定时运行周期时，控制器控制养殖池塘残饵及粪便自动抽取装置运行，通过吸污管吸污以及冲洗管对周围积污的反冲洗实现养殖底污的高效抽离，系统通过控制安装有高密度滤网的高压板式压滤机实现养殖底污固液分离，从而进一步实现底泥固化转移和尾水清洁回排。系统控制流程见图1。

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文章名称： 池塘养殖底污自动清理系统设计与应用

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